수치해석을 이용한 목질계 바이오매스의 반탄화 공정 최적화 = Optimization of Torrefaction Process of Woody Biomass Using Numerical Analysis

국문 초록 (Abstract)

화석연료의 사용량이 증가는 대기오염 및 온실효과를 발생시키며 이를 통한 홍수 및 이상기온 현상은 인류의 큰 위협이 되고 있다. 따라서 이러한 문제를 해결하기위하여 화석연료를 대처한 농·임업 바이오매스를 활용하고자 한다. 또한, 바이오에너지를 원형 그대로 이용하는 농 · 임산연료의 사용량은 꾸준히 감소되었으며 최근까지 대부분 방치되거나 버려지고 있었다. 하지만 최근 2010년부터 전처리(우드 칩, 목재펠릿)를 통하여 활용하기 시작하였다. 본 연구에서는 반탄화(torrefaction) 전처리 공정을 이용하여 이와같은 단점을 개선하여 농· 임업부산물 바이오매스를 효율적으로 이용 하고자 한다. 반탄화 공정은 산소가 희박하거나 없는 상태에서 비교적 짧은 시간(10~60분)동안 낮은 온도(230~300°C)에서 바이오매스를 가열하는 전처리 단계이며, 결과물은 고형 화석연료와 비슷한 수준으로 발열량이 증대되며, 내수성증대 및 중량감소를 통해 저장 및 운송에 이점을 가진다. 하지만 다양한 종류 및 크기의 특성을 지닌 농·임업부산물의 경우 일반적인 반탄화 공정을 통한 활용이 어렵다. 따라서 전산유체역학을 통하여 바이오매스의 특성(크기, 밀도, 수분함량, 공정온도 및 시간)에 따른 반탄화 예측모델개발 개발하고 이를 통하여 농·임업부산물을 효율적으로 이용하고자 한다. 열중량 분석(Thermogravimetric analysis, TGA)과 아레니우스 경험식(Arrhenius’ equation)을 통하여 중량감소량이 예측되었으며 실험값과 비교 되었다.